高中历史6.4近代科学之父牛顿教案 新人教版选修4.doc

第4课 近代科学之父牛顿【课程标准解读】 课标要求 了解牛顿的成长历程及主要科学成就，认识他们在社会发展中的作用。课标解读 基本目标是掌握牛顿早期的科学发明与创造、万有引力定律的发现、勤奋的探索和科学的研究方法等基本内容。能力目标是通过这些活动和成就了解牛顿的科学精神和对世界科技发展起到的巨大推动作用。考查的重点是经典力学体系的地位和作用，往往与爱因斯坦的成就进行比较命题。【情境激趣诱思】牛顿数学桥 牛顿数学桥是剑桥大学城里的一大景观，全桥由7177根大小不一的木头衔接而成，有10299个接口，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，那么至少需要 10299枚铁钉。但牛顿把所有铁钉都倒进了河里，整座桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇妙。多少年来，剑桥数学系的高才生们都梦想解破数学桥的奥秘，换句话说就是想在纸头上造一座跟数学桥一模一样的桥。但如愿者无一。多数人设计出来的桥至少需要上千枚铁钉才能达到原桥同等效果，只有少数几人把铁钉数量减少 到千枚数之内。有个冰岛人，他创造了有史以来的最好成绩，把铁钉数减少到561枚。 【诱思探究】牛顿还有哪些奥秘等待着人们破解？【教材内容详解】一早期科学发明与创造1求学生涯：（1）自幼好学：童年时代就爱思考，善于观察生活，进行一些发明和创造。（2）中学时代：开始进行科学研究与试验。（3）大学时代：中学毕业后考入剑桥大学，接触大量的自然科学著作。除师从巴罗教授学习外，悉心钻研笛卡儿等人的数学，将牛顿引导到当时数学的最前沿解析几何与微积分方面。牛顿生活的时代：1642年，伽利略逝世，也这是这一年，斯图亚特王朝的国王查理一世挑起内战，牛顿出生在英国北部一个叫乌尔索普的小村庄。牛顿生活的年代是17世纪中期至18世纪早期，正是欧洲社会发生巨大变革的伟大时代。资本主义进一步发展，自然科学有所突破，思想文化继承了文艺复兴时期的人文主义，进一步发展为启蒙运动时期的理性主义。2早期科学发明与创造（1）大学毕业前：提出了二项式定理以及微积分的初步算法。（2）黄金岁月：16651666年，英国爆发了一场可怕的鼠疫，牛顿回到乡下。在乡下的两年是牛顿科学生涯中的黄金岁月，他在光学、数学、力学等领域的研究都取得了重要进展。（3）光学研究：制作折射望远镜，对太阳光进行反射实验，证明日光即白色光由七色光组成，还进一步说明了物体颜色的形成原理，奠定光谱学的基础。1672年被选为英国皇家学会会员，当年递交论文关于光和色的新理论，提出光的本质是微粒的见解，在以后的两个世纪统领西方世界，与荷兰物理学家惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。（4）天体研究：制作世界上第一架反射望远镜，使人类对天体的观察进入了一个新阶段。学思同步探究问题探究：阅读下列材料：材料一 p128 历史纵横。材料二 p129 学思之窗。材料三 p129 历史纵横。材料二 p130 历史纵横（上）。请回答：（1）材料一中，少年的牛顿与别的孩子有什么不同？（2）材料二中，你怎样看待牛顿的学习方法？（3）据材料三，你从牛顿身上学到了什么？（4）材料四给文明怎样的启示？提示：（1）爱思考，善于观察，从事发明活动。（2）牛顿的学习方法是科学的。通过做实验、记笔记，积累数据，并能够把知识进行分类整理。这样的学习方法与当时的“归纳演绎”科学研究方法是一致的。（3）贫穷不是获得别人同情的资本，只有勤奋学习，才能改变自己的命运，对人类做出贡献。（4）前人的科研成果为后人提供借鉴，后人“站在巨人的肩膀上看的更远”。真理是不断发展的。例题探究例题1 勤奋和善于钻研是牛顿的性格，有人对他在大学时代取得的某项成就时说，“即使牛顿没有别的成就，仅这个也足以使他在科学史上留下不朽之名”。该人所评价的牛顿的成就是（ ）a提出二项式定理 b制成折射望远镜 c发现天体运行规律 d提出万有引力定律解析：大学时代的牛顿，提出了数学上的二项式定理和微积分的初步解决方法。答案：a二、发现万有引力定律 1提出万有引力定律（1）基础：哥白尼、伽利略、开普勒等人在天文学方面的研究成果。（2）方法：反复试验验证。（3）内容：宇宙间一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用，这种相互吸引的作用力就是万有引力。（4）意义：后来成为天文学上的基础定律，极大推动了人们对天体运动的研究。万有引力定律：万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。它是牛顿在当时天文学和力学成就的基础上，主要是根据开普勒三定律、落体运动规律和牛顿第二定律等，对天体的运动和地面上物体的运动，进行长期观察和研究所得出的成果。2出版自然哲学中的数学原理（1）时间：1687年。（2）内容：确定了解决万有引力问题的物体运动三定律，阐明了万有引力的概念并把它应用到天文学中；解释潮汐现象、地球的圆扁形状等。牛顿运动三大定律：牛顿第一定律，又称惯性定律一切物体在不受外力作用时，总是保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。牛顿第二定律，又称加速度定律物体运动的加速度与作用于物体上所有外力的合力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与外合力的方向相同。牛顿第三定律，又称作用反作用定律两个物体间的作用力和反作用力总是在同一直线上，大小相等，方向相反。（3）意义：采用数学表达方式；构成完整的力学理论体系；牛顿力学成为经典力学，在以后的二百年间居于物理学的统治地位。牛顿力学体系及其历史地位：牛顿最重要的科学贡献是建立经典力学的完整体系，被称为牛顿力学。包括运动三大定律和万有引力定律，概括了物体机械运动的基本规律。牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，它把过去一向认为是截然无关的地球上的物体运动规律和天体运动规律概括在一个统一理论中，实现了自然科学的第一次理论性的大综合。这是人类对自然界认识的一个飞跃。牛顿力学是整个物理学和天文学的基础，也是现代一切机械、土木建筑、交通运输等工程技术的理论基础学思同步探究图文探究：阅读下列材料：材料一 p131图片 自然科学中的数学原理。材料二 p131 历史纵横。请回答：（1）材料一中，这本科学巨著的主要内容和意义是什么？（2）材料二反映出当时科学发展处于何种状况？提示：（1）内容：确定了解决万有引力问题的物体运动三定律，阐明了万有引力的概念并把它应用到天文学中；解释潮汐现象、地球的圆扁形状等。意义：采用数学表达方式；构成完整的力学理论体系；牛顿力学成为经典力学，在以后的二百年间居于物理学的统治地位。（2）牛顿和莱布尼茨各自独立创立了微积分这一数学成就，说明了当时各国的科学家仍处在相对封闭、各自为战的境地。例题探究例题2 阅读下列材料：材料一 牛顿出生的时代，正是欧洲的自然科学、社会科学向前跃进的变革时代。欧洲的科学，曾经有过辉煌的过去。进入中世纪后，基督教会统治欧洲长达上千年，在这个漫长的岁月里，欧洲的科学被禁锢在神学思想中，成了宗教的附属物。文艺复兴后的200年中，真正的科学伴随着资本主义的发展而登上新的历史舞台，并以磅礴的气势迅速发展。牛顿的时代是一个科学革命的大时代，而他也以巨大的成就给这个时代增添了绚烂的色彩。材料二 少年时代的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但却喜欢读书、沉思、做科学小实验。迫于生活艰难，牛顿的母亲只得让他停学务农，但是被他的好学精神所感动的舅父说服了母亲让牛顿继续读书。1861年，18岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支持学费。人民出版社中外历史人物评说请回答：（1）据材料一分析，近代科学迅速发展的原因是什么?牛顿在光学和力学上取得了怎样的巨大成就?（2）结合材料一、二，谈谈你的感想。解析：（1）原因要结合牛顿生活的时代背景分析。成就结合所学知识回答。（2）属于开放性试题，言之有理就可。答案：（1）原因：资本主义的发展为科学的发展奠定物质基础和发展动力；文艺复兴解放了人们的思想。成就：在光学方面，通过实验证明日光由七色光组成，进一步说明了物体颜色的形成原理，从而奠定了光谱学的基础，并提出光的“微粒说”；在力学方面，提出了物体运动三大定律和万有引力定力，用数学表达式把伽利略和开普勒等人提出的零散的理论加以科学整理，形成一个完整的力学理论体系，万有引力定律成为天文学的基础定律。（2）科学的进步需要适宜的社会环境；成功需要谦虚的态度，勤奋探索的科研精神等；贫穷不是个人的耻辱，反而可以磨练个人的意志品质。三、勤奋的探索与科学的研究方法1勤奋的探索精神：在科学研究上，牛顿是一个十分专注的科学家，同时也是以为勤奋的探索者。2、方法科学：牛顿的科学方法被后人总结为“归纳演绎”法。牛顿的伟大成就：牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家，被称为“近代科学之父”。在天文学方面，1672年牛顿创制了反射望远镜；他还解释了潮汐的现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引力也有关系；另外，牛顿从理论上推测出地球不是球体，而是两极稍扁、赤道略鼓，并由此说明了岁差现象等。在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，创立了三个运动基本定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。在数学上，牛顿提出了“牛顿二项式定理”，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。在牛顿的著作自然哲学的数学原理中，他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。学思同步探究问题探究：阅读下列材料：材料一 p131 历史纵横。材料二 p132 学思之窗。请回答：（1）从材料一中你感受到牛顿的什么精神？（2）据材料二，牛顿以怎样的态度看待他取得的成就？在他身上我们能够学到科学家的哪些优秀品质？提示：（1）专注与忘我精神。（2）牛顿对待自己取得的成绩是很谦虚的。我们可以从科学家身上学到虚怀若谷的谦虚态度和严谨的科学研究态度，还有勤奋的探索精神等。例题探究例题3 阅读下列材料：材料一 恩格斯说：“牛顿由于发现了万有引力定律 而创立了天文学，由于进行光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学数学，由于认识了力学的本性而创立了科学的力学。”材料二 牛顿曾说过：“假如我有一点微小的成就的话，没有其他秘诀，唯有勤奋而已。”请回答：（1）通过恩格斯对牛顿的评价，我们能了解牛顿的哪些成就？ （2）根据材料二和所学知识回答，牛顿取得这些成就的主要原因是什么?解析：（1）直接从材料中提取答案就可以了。（2）要结合材料二和所学知识综合分析回答。答案：（1）发现代数二项式定理，发明了微积分，发现光的组成，提出了力学的三大定律和万有引力定律，为经典力学规定了一套基本概念。（2）谦虚的态度，勤奋探索的科研精神。【综合探究提升】知识结构知能整合1牛顿是“近代科学之父”的原因（1）牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家。（2）在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引力也有关系；牛顿从理论上推测出地球不是球体，而是两极稍扁、赤道略鼓，并由此说明了岁差现象等。（3）在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了三条运动基本定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。（4）在数学上，牛顿创立了“牛顿二项式定理”，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。（5）在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。在牛顿的著作自然哲学的数学原理中，他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。（6）牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。例1 牛顿为后世留下了宝贵的财富，包括经典力学体系 科学的数学表达方法 严肃的科学态度 勤奋的探索精神a b c d解析：经典力学体现和科学的数学表达方法是牛顿为我们留下的科技财富，严肃的科学态度和勤奋的探索精神是牛顿为我们留下的宝贵精神财富。答案：d点评：本题的解题关键在于全面、熟练掌握牛顿在近代科学方面的贡献。2明清时期中西方科技发展的差异（1）约从15世纪后半期开始，近代科学在西欧兴起，我国的科技不但被西方迅速赶上和超过，而且日益走向没落。（2）在内容上，中国在科学上的主要成就属于应用科学，如本草纲目等，西方科学家研究的重点是对事物及其规律的探索。（3）在研究方法上，西方科学家进行的研究注重实验方法，而中国主要采取传统的整理典籍和总结经验的方法。16世纪中西科学在内容和方法上的差别，正是近代科学与传统科学本质差别的具体体现。例2 在西方，火药、指南针和印刷术对于推翻封建统治、开拓世界市场、推动科学革命发挥了重要作用，但它们在明清时期的中国却未能推进社会变革。其重要原因之一在于当时的中国 （ ）a固守农耕自然经济生产方式 b受到西方殖民者和俄国侵扰c国家分裂，国力衰弱 d经济停滞倒退解析：本题旨在考查中国古代三大发明在东西方所起不同作用的原因以及对经济基础决定上层建筑这一原理的理解运用。c项明显错误；d项停滞倒退”的叙述不确切，明清时期的资本主义萌芽发展缓慢，但封建经济却继续发展；b项是外因。答案：a点评：东西方科技的差异，在于东西政治、经济、思想文化等诸方面的差异。从整体上看，中国固守农耕经济，不断强化专制统治，而西方走上了发展资本主义的道路，不断地对外侵略扩张。【本课综合演练】1观察右图，牛顿通过反射望远镜反复观察后大胆预言（ ）a日光是由七种颜色组成 b光的本质是微粒c行星运转轨道是椭圆形 d地球不是正球体d 解析：牛顿利用自制的反射望远镜，在考察行星运动和分析潮汐现象的基础上，预言地球不是正球体。2下列对牛顿力学体系的相关表述正确的是（ ）其内容包括物体运动三大定律和万有引力定律 它是对自然规律的第一次理论性的概括和总结 它标志着近代科学的形成 它是物理学绝对权威的理论a b c da 解析：任何科学都是相对的，不存在绝对的真理，随着人类认识的不断深入和发展，科学也是在发展的。的叙述过于绝对，是错误的。3科学技术是人类探索自然的产物，一般认为我们今天所理解的科学和技术形成于17世纪。实现了物理学史上第一次飞跃的是（ ）a电磁学理论的建立 b牛顿力学的建立c进化论的出现 d量子力学的建立b 解析：注意时间：17世纪。牛顿力学体系的建立，实现了物理学上的第一次飞跃。4牛顿说，我是大海边拾贝壳的孩子，真理才是汪洋大海，我的发现是站在巨人肩上。这反映出他的优秀品质是（ ）a爱国主义精神 b谦虚态度 c勤奋的探索精神 d献身精神b 解析：在真理面前是个孩子，站在巨人的肩膀上，这些说法体现了牛顿的谦虚态度。5阅读下列材料：材料一 正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。伽利略主要关心的是地球的运动，牛顿则发现了有关宇宙本身的定律。材料二 伽利略发现，运动中的物体若无一定的外力使它转向，便做匀速直线运动，这一发现要求人们必须解释：为什么行星不易直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成其椭圆形的轨道；为什么月亮同样趋于落向地球。材料三 牛顿已发现了一个数学上能证实的根本的宇宙规律实际上，自然界好像是一个巨大的机械装置，按照通过观察、实验、测量和计算可予以确定的某些自然法则进行运转。因而牛顿的物理学分析方法现今开始不仅被应用于物质世界，而且被应用于思想知识的整个领域及人类社会。正如伏尔泰（法国著名的启蒙思想家）所说的，“整个自然界、所有行星竟会服从永恒的法则，而且一种身高5尺的小动物竟能不顾这些法则，完全按照自己的怪想随心所欲地行动，这是非常奇异的”。寻找决定人类事物的这些永恒法则，是法国革命之前的所谓的启蒙运动的实质。以上材料均摘自（美）斯塔夫里阿诺斯全球通史请回答：（1）据材料一、二，简要指出牛顿经典力学诞生的客观条件。（2）牛顿物理分析方法的特征是什么？（3）据材料三，结合所学知识指出牛顿经典力学产生的影响。解析：注意仔细阅读材料，通过材料进行归纳。答案：（1）继承前人的科研成果；科技自身发展的要求。（2）利用数学做完整的推演；注重实验。（3）牛顿经典力学开